專利名稱：Soi晶片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造SOI晶片的方法，特別涉及一種改進(jìn)的制造SOI晶片的方法， 所述方法在通過離子注入薄膜化并轉(zhuǎn)印的硅膜的表面處理上有所改進(jìn)。
背景技術(shù)：
為了降低寄生電容(parasitic capacitance)，從而實(shí)現(xiàn)器件(device)的高速化 并降低能耗，絕緣層上覆硅(SOI)基板在器件中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，為了制造完全耗盡層型SOI器件，對SOI層(硅層)為IOOnm以下的薄 SOI晶片的需求有所增加。這是因?yàn)橥ㄟ^將SOI層薄膜化，可期待實(shí)現(xiàn)器件的高速化。除SOI層的薄膜化之外，對面內(nèi)膜厚均一性的要求更加嚴(yán)格。薄SOI晶片通常是通過SOITEC或SiGen方法制造的。在所述方法中，氫離子被預(yù) 先注入施主晶片，隨后將施主晶片貼合到支撐晶片上，膜便沿著氫離子注入界面從施主晶 片一側(cè)轉(zhuǎn)印至支撐晶片一側(cè)。然而，在該過程中，如此轉(zhuǎn)印的硅薄膜中會(huì)留下大約0. ιμπι 的離子注入缺陷層(無定形層)，同時(shí)在薄膜表面引入按照RMS計(jì)大約幾納米或更高的 ^fflIlMiSB. Asper “ Basic Mechanisms involved in the Smart-Cut (R) process, " Microelectronics Engineering,36, p233 (1997))。就此而言，SOITEC方法按照如下工序?qū)嵤＞唧w來說，施主晶片和支撐晶片在 室溫下進(jìn)行貼合。然后，將晶片加熱至約500°C以在氫離子注入界面形成氣孔(稱為微腔 (microcavities))以引起熱剝離，從而使膜得以轉(zhuǎn)印。同時(shí)，SiGen方法按照如下工序?qū)嵤＞唧w來說，作為施主晶片和支撐晶片貼合前 的預(yù)處理，將施主晶片和支撐晶片進(jìn)行等離子體表面活化處理，然后將兩者在室溫下貼合。 此時(shí)，它們實(shí)現(xiàn)了很高的貼合強(qiáng)度。如果需要的話，可以進(jìn)行低溫(大約300°C)的熱處理。 然后，對氫離子注入界面施以機(jī)械沖擊用于剝離，從而使膜得以轉(zhuǎn)印。鑒于與SiGen方法相 比，SOITEC方法是一種低溫方法，SiGen方法適合于制造將不同熱膨脹系數(shù)的晶片貼合的 層壓板(例如，石英上覆硅S0Q)。這里，如上所述，在SOITEC和SiGen方法中，由離子注入引入的離子注入缺陷層存 在于剝離表面的表面部分。已經(jīng)提出了幾種去除所述缺陷層并使表面平滑的方法。一種方法是進(jìn)行大約0. 1 μ m的研磨，該厚度正是離子注入缺陷層的厚度，由此去 除了該離子注入缺陷層。然而，這一方法的問題在于，由于研磨的不均勻，很難實(shí)現(xiàn)剩余膜 厚度的面內(nèi)均一性。另一種方法是通過高溫?zé)崽幚砘謴?fù)受損層的結(jié)晶度，然后對該表面施以數(shù)十 納米的研磨(稱為“接觸研磨”(touch polishing))以去除表面的凹凸(asperity)。 還有報(bào)道表明，在這種情況下，用氫氣等作為氣氛氣體，無需施以接觸研磨工序，即可 使表面平滑(參見不例，Nobuhiko Sato and Takao Yonehara “ Hydrogen annealed silicon-on-insulator, “ Appl Phys Lett Vol 65，pp.1924(1994))。然而，由于包括了高溫氫氣熱處理工序，上述不同的方法又涉及到新的問題，例如
3金屬污染、所得基板的翹曲、生產(chǎn)成本增加、產(chǎn)量下降等等。此外，由于氫氣對硅的蝕刻，該 方法存在難以實(shí)現(xiàn)基板間膜厚均一性或基板面內(nèi)膜厚均一性的缺點(diǎn)。另外，如果支撐晶片不是用硅制成的SOI晶片，而是用低熔點(diǎn)材料(石英和玻璃 等)制成的SOI晶片，無法對所述支撐晶片施以額外的高溫?zé)崽幚怼Ｒ虼?，其問題更加嚴(yán)重。同時(shí)，有報(bào)道表明，根據(jù)IXlym的區(qū)域范圍的原子力顯微鏡(AFM)觀察，按照RMS 計(jì)大約8nm的表面粗糙度以及峰到谷(P-V)大約64. 5nm的凹凸通常存在于通過氫離子注 入方法(S0ITEC方法，SiGen方法，或類似方法)制造的SOI晶片的剛將硅膜轉(zhuǎn)印后的表面 (參見示例，SOI 科學(xué)，第二章，Realize社)?？紤]到64. 5nm的凹凸甚至存在于1 X 1 μ m 這樣一個(gè)如此小的區(qū)域內(nèi)，在整個(gè)晶片表面上可能存在更大的凹凸(IOOnm以上)。鑒于此 原因，需要降低表面的面內(nèi)粗糙度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的。本發(fā)明的目的是提供一種制造SOI晶片的方 法，所述方法具有如下特點(diǎn)可有效去除存在于離子注入層中的離子注入缺陷層，所述離子 注入層位于通過離子注入剝離方法剝離的剝離表面附近；確?；宓拿鎯?nèi)均一性；同時(shí)降 低成本并提高產(chǎn)量。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種制造SOI晶片的方法，所述方法至少包括 以下工序?qū)⒐杈蚝醒趸さ墓杈c支撐晶片貼合以制備貼合基板的工序，所述 硅晶片通過注入氫離子和/或稀有氣體離子而形成離子注入層；沿所述離子注入層剝離硅 晶片，從而將所述硅晶片轉(zhuǎn)印至所述支撐晶片上，制成剝離后的SOI晶片的工序；將所述剝 離后的SOI晶片在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序；對經(jīng)過所述氨-過氧化氫水溶液浸 漬的剝離后的SOI晶片施以900°C以上的熱處理的工序；和/或通過10-50nm的CMP研磨， 對所述經(jīng)過氨_過氧化氫水溶液浸漬的剝離后的SOI晶片的硅膜層進(jìn)行研磨的工序。如上所述，通過將利用離子注入剝離法剝離的、含有硅膜的剝離后的SOI晶片在 氨-過氧化氫水溶液中浸漬，該氨-過氧化氫水溶液蝕刻了存在于剝離后的SOI晶片的硅 膜表面的高度損傷層，所述高度損傷層無定形性高且含有很多離子注入缺陷，相比于堿溶 液(如Κ0Η)而言，該氨-過氧化氫水溶液蝕刻速率較低。由此，蝕刻量能很容易地控制，可 通過蝕刻實(shí)現(xiàn)面內(nèi)均一性。因此，可以確保蝕刻后的面內(nèi)膜厚均一性，且離子注入損傷層也 可去除。隨后，在表面粗糙度降低的剝離后的SOI晶片上施以退火熱處理時(shí)(優(yōu)選的第一 方面)，所述熱處理可以采用較低的退火溫度及較短的退火時(shí)間。因此，所述制造SOI晶片 的方法能夠減少金屬污染以及晶片翹曲，并實(shí)現(xiàn)成本的降低。此外，通過CMP研磨施以接觸 研磨時(shí)(優(yōu)選的第二方面)，離子注入缺陷層被去除，同時(shí)確保了面內(nèi)膜厚均一性。因此， 相比以往而言，可以獲得具有面內(nèi)膜厚差異(in-plane thickness variation)得以抑制的 SOI晶片。在優(yōu)選的第三方面，可對剝離后的SOI晶片施以退火熱處理后，再通過CMP研磨 進(jìn)行接觸研磨。此外，由于在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序可以成批處理，所以可同時(shí)加工 大量剝離后的SOI晶片。因此，所述制備SOI晶片的方法可以實(shí)現(xiàn)低成本和高產(chǎn)量。如上所述，在本發(fā)明制造SOI晶片的方法中，通過將剝離后的SOI晶片在蝕刻速率 低于堿溶液的氨-過氧化氫水溶液中浸漬，能容易地控制蝕刻量，還能實(shí)現(xiàn)均一地面內(nèi)蝕刻。因此，可以確保蝕刻后的面內(nèi)膜厚均一性。因此，相比以往而言，可以獲得具有面內(nèi)膜 厚差異被抑制的SOI晶片。


圖1是顯示本發(fā)明中SOI晶片制造方法概要的流程圖。圖2顯示了熱處理工序前，實(shí)施例及比較例中剝離后的SOI晶片的表面圖像，所述 圖像通過AFM觀察得到。圖3是熱處理工序前，實(shí)施例及比較例中剝離后的SOI晶片的硅膜厚度變化的對 比圖。圖4是熱處理工序前，實(shí)施例及比較例中剝離后的SOI晶片硅薄膜面內(nèi)膜厚差異 的對比圖。圖5是顯示實(shí)施例1和比較例1中的SOI晶片的熱處理溫度與熱處理后的SOI晶 片表面粗糙度間的關(guān)系圖。圖6是顯示實(shí)施例2及比較例2中的SOI晶片的熱處理時(shí)間與熱處理后的SOI晶 片表面粗糙度間的關(guān)系圖。圖7是在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序前后，實(shí)施例6中的剝離后的SOI晶 片硅薄膜厚度變化量的對比圖。圖8是在浸漬工序前后以及CMP研磨工序前后，實(shí)施例6中的剝離后的SOI晶片 硅薄膜面內(nèi)膜厚差異的變化量對比圖。
具體實(shí)施例方式下面對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。如上所述，制造SOI晶片方法的開發(fā)長期以來為人們所期待，該方法具有如下特 點(diǎn)可有效去除存在于離子注入層中的離子注入缺陷層，所述離子注入層位于通過離子注 入剝離法剝離的剝離表面附近；并可確保基板的面內(nèi)均一性。因此，本發(fā)明者專注于剝離后的SOI晶片的硅膜表面的離子注入損傷層的高度無 定形性，并認(rèn)真研究了可優(yōu)先蝕刻無定形硅的蝕刻溶液。結(jié)果，本發(fā)明者等發(fā)現(xiàn)通常已知會(huì)使鏡面硅表面的表面粗糙度劣化的氨-過氧 i^M.yKWM (:J. Ryuta, Ε. Morita, Τ. Tanaka, and Y. Shimanuki, Jpn. J. Appl. Phys. 29(1991) ；Μ. Miyashita, Μ. Itano, Τ. Imaoka, I. Kawanabe -MR Τ. Ohmi, 1991 Symp. VLSI Technol. (Oiso 1991)ρ. 45)，通過優(yōu)先蝕刻高度損傷層的方式，降低通過離子注入法 剛將膜轉(zhuǎn)印后的粗糙表面的粗糙度，從而完成本發(fā)明。下面參照圖1，對本發(fā)明制造SOI晶片的方法進(jìn)行說明，但本發(fā)明并不限于此。圖1為本發(fā)明的SOI晶片制造方法中各個(gè)工序的一個(gè)實(shí)例。(工序a貼合基板的制備)首先，如圖1(a)所示，通過將硅晶片11貼合至支撐晶片12上制備貼合基板15。 通過向硅晶片11注入氫離子和/或稀有氣體離子，形成離子注入層14。這里，在所制備的貼合基板15中，可在硅晶片11和支撐晶片12之間設(shè)置氧化膜 13。圖1記載了具有氧化膜13的情況。然而，所述氧化膜13并非總是必需的，所以可直接將硅晶片和支撐晶片貼合在一起制備貼合基板。同時(shí)，制備貼合基板時(shí)，所述支撐晶片可從以下任意材料中選擇硅、藍(lán)寶石、氧化 鋁、石英、SiC、氮化鋁以及玻璃。如下所述，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，將剝離后的SOI晶片在氨_過氧化氫水溶 液中浸漬進(jìn)行蝕刻。由此，可確保蝕刻后的面內(nèi)膜厚均一性，能在降低表面粗糙度的狀態(tài)下 施以退火熱處理。相應(yīng)地，相比于傳統(tǒng)的熱處理工序，接下來的熱處理工序便可在較低的溫 度下、在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。因此，所用基板并不僅限于硅，也可使用低熔點(diǎn)的材料以及石 英、玻璃等各種不同的物質(zhì)。相比傳統(tǒng)的處理，由于所述退火熱處理能在較低的溫度下、在 較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，所以可使用前述的絕緣但低熔點(diǎn)的材料作為支撐晶片。此外，由于前述 的絕緣材料可用作支撐晶片，相比于用硅晶片作為支撐晶片的情況，所述SOI基板中的泄 漏電流量更有可能被抑制。因此，在以后制造的器件中可實(shí)現(xiàn)能耗的節(jié)約。如下所述，在本發(fā)明優(yōu)選的第二實(shí)施方式中，將剝離后的SOI晶片在氨_過氧化氫 水溶液中浸漬從而進(jìn)行蝕刻。通過將蝕刻量設(shè)置在50nm以上，無需施以退火等熱處理，便 可獲得面內(nèi)膜厚均一性極好的剝離后的SOI晶片。這樣，無需施以熱處理即可獲得面內(nèi)均 一性極好的SOI晶片。這就使得除硅外，還可使用低熔點(diǎn)材料和石英、玻璃等各種不同的物 質(zhì)作為基板。此外，由于前述的絕緣材料可用作支撐晶片，所述SOI基板中的泄漏電流量可 得以抑制。這使得在以后制造的器件中可實(shí)現(xiàn)更高的精度以及更低的能耗。由于可不經(jīng)退 火等熱處理而獲得面內(nèi)膜厚均一性極好的剝離后的SOI晶片，所以可將絕緣的低熔點(diǎn)材料 用作支撐晶片。因此，與將硅晶片用作支撐晶片的情況相比，針對該目的的區(qū)別使用，能獲 得SOI基板中的泄漏電流量得以抑制等特性。因此，在以后制造的器件中可實(shí)現(xiàn)更高的精 度和更低的能耗。在本發(fā)明優(yōu)選的第三實(shí)施方式中，當(dāng)以優(yōu)選小于50nm、更優(yōu)選大于20nm而小于 50nm的條件將剝離后的SOI晶片用氨-過氧化氫水溶液蝕刻時(shí)，所述剝離后的SOI晶片可 在施以退火熱處理后，再通過CMP研磨進(jìn)行接觸研磨。(工序b:剝離)接下來，如圖1(b)所示，通過沿離子注入層14進(jìn)行剝離，將貼合基板15中的硅晶 片11薄膜化。然后，將硅膜16轉(zhuǎn)印至支撐晶片12。由此，獲得剝離后的SOI晶片17。由此工序中獲得的、剝離后的SOI晶片17中的硅膜16由以下三層構(gòu)成高度損傷 層16a，所述高度損傷層具有高度無定形性以及通過離子注入、來自表面一側(cè)的大量離子注 入缺陷；較低損傷層16b，所述較低損傷層具有無定形性以及不多于所述高度損傷層16a的 離子注入缺陷；以及單晶無損傷層16c，所述單晶無損傷層沒有離子注入損傷。(工序c在氨-過氧化氫水溶液中浸漬)接下來，如圖1(c)所示，將剝離后的SOI晶片17在氨-過氧化氫水溶液中浸漬， 從而對硅薄膜16的高度損傷層16a進(jìn)行蝕刻。當(dāng)在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序后施以熱處理工序時(shí)，所述在氨_過氧化 氫水溶液中浸漬的工序優(yōu)選包括至少對剝離后的SOI晶片進(jìn)行20nm以上的蝕刻。當(dāng)如上所述用氨-過氧化氫水溶液進(jìn)行的蝕刻量為20nm以上時(shí)，可以更可靠地對 高度損傷層進(jìn)行蝕刻。所述在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序優(yōu)選包括至少對剝離后的SOI晶片進(jìn)行50nm以上的蝕刻。相比于KOH等堿溶液，氨-過氧化氫水溶液的蝕刻速率較低。因此，易于對蝕刻量 進(jìn)行控制，也容易保證膜厚均一性。通過使氨_過氧化氫水溶液蝕刻硅膜的量為50nm以上， 可對由離子注入剝離而留下大量損傷的層進(jìn)行蝕刻。此外，使剝離后的SOI晶片浸漬的氨_過氧化氫水溶液可至少包括(基于體積的 組成比)以下成分0. 05-2份的29wt%的氨水；0. 01-0. 5份的30wt%的過氧化氫水溶液； 以及10份水。這樣，以上述組成的氨-過氧化氫水溶液中，硅通過NH4OH和H2O2的競爭反應(yīng)下被 蝕刻。因此，可進(jìn)行更加均一地面內(nèi)蝕刻。因此，可獲得膜厚均一性更出色的SOI晶片。同時(shí)，在該工序中，可通過改變NH4OH和H2O2的組成來調(diào)節(jié)硅膜的蝕刻速率。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)量，需要將蝕刻速率固定在特定水平。為達(dá)到該目的，當(dāng)H2O為 10份時(shí)，29襯％的NH4OH水需為0. 05份以上，且30襯％的H2O2水需為0. 5份以下。當(dāng)然 NH4OH的下限以及H2O2的上限并不僅限于上述范圍。將剝離后的SOI晶片浸漬于具有上述組成比的氨-過氧化氫水溶液中，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 量的進(jìn)一步提高，并進(jìn)一步降低制造成本。(工序d熱處理或CMP研磨)然后，如圖1(d)所示，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，在氨-過氧化氫水溶液中浸漬 后，剝離后的SOI晶片17被施以熱處理。由此獲得具有平坦表面的SOI晶片10。熱處理工序優(yōu)選可在氬氣、氮?dú)夂秃庵械娜魏螝夥栈蚴撬鼈兊幕旌蠚夥罩羞M(jìn) 行。在上述非活性氣氛中進(jìn)行熱處理具有以下優(yōu)勢熱處理前后的電阻率幾乎沒有變 化；此外，可獲得高質(zhì)量的SOI晶片，所述高質(zhì)量的SOI晶片在表面層附近幾乎沒有任何原 生缺陷(grown-in defects)。此外，熱處理工序優(yōu)選可在氧氣氣氛中進(jìn)行，或在氬氣、氮?dú)夂秃庵兄辽僖环N與 氧氣的混合氣氛中進(jìn)行。在上述包含氧氣的氣體中進(jìn)行熱處理具有以下優(yōu)勢可使硅表面內(nèi)的過量氧氣向 外擴(kuò)散。這可以增加SOI晶片的絕緣氧化物膜的介電強(qiáng)度。由此，可獲得高質(zhì)量的SOI晶 片。進(jìn)一步地講，熱處理工序優(yōu)選可在氫氣氣氛中進(jìn)行，或在氬氣、氮?dú)夂秃庵兄辽?一種與氫氣的混合氣氛中進(jìn)行。在上述包含氫氣的氣氛下進(jìn)行熱處理，所述氫氣具有高的向硅原子遷移的效應(yīng)， 所述熱處理具有以下優(yōu)勢可獲得面內(nèi)膜厚均一性更出色的SOI晶片，所述晶片的原生缺 陷及表面粗糙度均較低。這樣，在本發(fā)明的第一實(shí)施方式中，通過將剝離后的SOI晶片浸漬在氨_過氧化氫 水溶液中進(jìn)行蝕刻，然后被施以熱處理。下面列舉兩個(gè)采用氨_過氧化氫水溶液的原因通常，在剛剝離后的SOI晶片的硅膜中，較靠近表面的硅無定形性較高，而離表面 較遠(yuǎn)的硅和單晶品質(zhì)較為接近。在這一點(diǎn)上，氨-過氧化氫水溶液優(yōu)先蝕刻無定形性高的 部分。具體而言，表面粗糙度高的突出部分更早得以蝕刻。
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另外一個(gè)原因就是以KOH等為代表的單純的堿溶液的蝕刻速率通常都非常高(> 100nm/min)。由于這個(gè)原因，很難通過諸如降低濃度和溫度的操作來控制單純堿溶液的蝕 刻速率，因此也很難使面內(nèi)部分的蝕刻速率均一化。但是，氨-過氧化氫水溶液的蝕刻是通 過氨和過氧化氫的競爭反應(yīng)發(fā)生的，因此，可進(jìn)行均一地面內(nèi)蝕刻。此外，由于氨_過氧化 氫水溶液的蝕刻速率適當(dāng)?shù)氐陀诩儔A溶液的蝕刻速率，蝕刻量容易得到控制。由于蝕刻量容易得到控制，且可進(jìn)行均一地面內(nèi)蝕刻，因此，可確保蝕刻后的面內(nèi) 膜厚均一性。此外，由于在表面粗糙度降低的剝離后的SOI晶片上進(jìn)行退火熱處理，可用較 低的退火溫度、在較短的退火時(shí)間內(nèi)進(jìn)行熱處理。進(jìn)一步地講，所述制造SOI晶片的方法可 以減少金屬污染、降低晶片翹曲，并實(shí)現(xiàn)成本的縮減。即，傳統(tǒng)的用于恢復(fù)損傷層的熱處理 需要1150°C以上的溫度，而本發(fā)明中用于恢復(fù)損傷層的熱處理僅需要900°C以上的溫度。另一方面，如圖1(d)所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中，將剝離后的SOI晶片17 在氨-過氧化氫水溶液中浸漬后，在硅膜上施以CMP研磨，由此獲得SOI晶片10。此處，在 該工序中，設(shè)置研磨量為10-50nm。換句話說，可以設(shè)置小的研磨量。這允許在使面內(nèi)膜厚 均一性不過度劣化的情況下，能清理表面粗糙度，可提高平坦度。如上所述，在本發(fā)明第二實(shí)施方式中，離子注入損傷層的蝕刻是通過將剝離后的 SOI晶片在氨-過氧化氫水溶液中浸漬完成的。使用氨-過氧化氫水溶液的原因與上述相 同。其后，通過CMP研磨只去除少量而施以接觸研磨，從而可去除離子注入損傷層，并 確保面內(nèi)膜厚均一性。因此，相比于傳統(tǒng)晶片而言，可獲得面內(nèi)膜厚差異得以抑制的SOI晶 片。此外，由于在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序可以成批處理，可同時(shí)加工大量 的剝離后的SOI晶片。因此，所述制備SOI晶片的方法能夠?qū)崿F(xiàn)低成本和高產(chǎn)量。在本發(fā)明的第三實(shí)施方式中，剝離后的SOI晶片17被施以退火熱處理，然后用CMP 研磨施以接觸研磨，由此獲得SOI晶片10。實(shí)施例以下，基于實(shí)施例和比較例，將更加詳細(xì)地對本發(fā)明制造SOI晶片的方法進(jìn)行說 明。然而，本發(fā)明當(dāng)然不限于此。(實(shí)施例1、2和比較例1、2)制備20個(gè)剝離后的SOI晶片，通過離子注入方式將膜轉(zhuǎn)印至所述晶片(硅膜的厚 度大約為300nm)。所述SOI晶片被分為兩組，其中10個(gè)的組用于實(shí)施例，另外10個(gè)的組用 于比較例。然后，在實(shí)施例中，將10個(gè)剝離后的SOI晶片浸漬于氨_過氧化氫水溶液，從而被 蝕刻大約50nm。此時(shí)，所述氨-過氧化氫水溶液具有NH4OH H2O2 H2O = 1 0. 2 10 的組成，溫度為80°C。其中，NH4OH的濃度按照29%的水溶液換算、H2O2的濃度按照30%的 水溶液換算。此外，此時(shí)的蝕刻速率大約略低于3nm/min。相反，在比較例中，未將10個(gè)剝離后的SOI晶片浸漬于氨_過氧化氫水溶液。隨后，對實(shí)施例和比較例中的剝離后的SOI晶片施以熱處理，所述熱處理的溫度 在900°C -1200°C間變動(dòng)(實(shí)施例1和比較例1)(處理時(shí)間固定為1小時(shí))。氣氛為10% 氫氣和90%氬氣的混合氣體。同時(shí)，對實(shí)施例和比較例中的剝離后的SOI晶片施以熱處理，所述熱處理的溫度恒定為950°C，改變熱處理時(shí)間(實(shí)施例2和比較例2)。隨后，進(jìn)行以下評價(jià)。圖2(a)顯示了實(shí)施例中熱處理工序前的SOI晶片中的10X 10 μ m區(qū)域的AFM觀 察結(jié)果。圖2(b)顯示了比較例中熱處理工序前的SOI晶片的觀察圖像。圖2顯示了在熱 處理工序前，通過AFM觀察的實(shí)施例及比較例中的剝離后的SOI晶片的表面圖像的照片。比較例中剝離后的SOI晶片硅膜表面的表面粗糙度為8. 4nm(按照RMS計(jì))和 74. Inm(按照P-V值計(jì))。在所述AFM圖像的觀察中，觀察到無數(shù)的突起物。實(shí)施例中剝離后的SOI晶片的表面粗糙度為3. 3nm(按照RMS計(jì))和34. 5nm(按 照P-V計(jì))。發(fā)現(xiàn)相對比較例而言，通過用氨-過氧化氫水溶液蝕刻后，表面粗糙度顯著降 低。圖3顯示了蝕刻前后SOI晶片硅膜厚度(晶片表面200-mm內(nèi)361個(gè)點(diǎn)的均值) 的變化。圖3是在熱處理工序前，實(shí)施例及比較例中的剝離后的SOI晶片的硅膜厚度變化 的對比圖。發(fā)現(xiàn)在實(shí)施例和比較例的樣品之間，熱處理工序前的剝離后的SOI晶片的硅膜變 化差異均很小。此外，圖4顯示了蝕刻前后面內(nèi)膜厚差異的變化(晶片表面200-mm內(nèi)361個(gè)點(diǎn)的 均值)。圖4是在熱處理工序前，實(shí)施例及比較例中的剝離后的SOI晶片的硅膜的面內(nèi)膜厚 差異的對比圖。相對于比較例中未進(jìn)行蝕刻的晶片，實(shí)施例中剝離后的SOI晶片的表面差異增加 了大約lnm。然而，與蝕刻量(50nm)相比，這是一個(gè)足夠小的值。因此，可以說充分保持了 面內(nèi)膜厚均一性。這樣，發(fā)現(xiàn)采用實(shí)施例中的蝕刻方法，并未使SOI層的面內(nèi)膜厚均一性過 于惡化。圖5顯示了熱處理溫度和熱處理后的SOI晶片的表面粗糙度間的關(guān)系，在所述熱 處理中，改變所述溫度。圖5是實(shí)施例及比較例中的SOI晶片的熱處理溫度和熱處理后的 SOI晶片的表面粗糙度間的關(guān)系圖。發(fā)現(xiàn)在比較例中，對SOI晶片施以熱處理的效果從1150°C開始變得明顯，而在實(shí) 施例中，對SOI晶片施以熱處理的效果從900°C開始變得明顯。這表明需要高溫來去除大尺 寸突起物的凹凸。實(shí)施例中的SOI晶片顯示，通過用氨-過氧化氫水溶液進(jìn)行蝕刻而去除 所述大尺寸突起物，能在較低溫度下進(jìn)行熱處理。結(jié)果如圖6所示。圖6表示實(shí)施例及比較例中的SOI晶片的熱處理時(shí)間和熱處理 后的SOI晶片的表面粗糙度間的關(guān)系圖。發(fā)現(xiàn)盡管實(shí)施例2和比較例2中晶片的表面粗糙度均隨時(shí)間降低，但實(shí)施例2中 經(jīng)蝕刻處理的晶片的粗糙度在約4小時(shí)內(nèi)降至約0. 2nm(按照RMS計(jì))。另一方面，發(fā)現(xiàn)比 較例2中未經(jīng)蝕刻處理的晶片的粗糙度雖也隨時(shí)間降低，但相對于實(shí)施例2而言，速率非常慢。(實(shí)施例3-7和比較例3-6)首先，制備剝離后的SOI晶片，通過氫離子注入方式將膜轉(zhuǎn)印至所述晶片(膜的厚 度大約為310nm)然后，將每個(gè)制備的剝離后的SOI晶片浸漬于氨_過氧化氫水溶液進(jìn)行蝕刻，所述
9蝕刻量分別如下比較例3為30nm ；比較例4為40nm ；實(shí)施例3為50nm ；實(shí)施例4為70nm ； 實(shí)施例5-7以及比較例5、6為85nm。所述氨-過氧化氫水溶液具有NH4OH H2O2 H2O = 1 0.02 10的組成，溫度為80°C。此時(shí)硅膜的蝕刻速率略低于3nm/min。隨后進(jìn)行CMP研磨，由此制成SOI晶片。此處，CMP研磨工序中硅膜的研磨量分別如下實(shí)施例5為IOnm ；實(shí)施例6為25nm ； 實(shí)施例7為50nm ；比較例5為60nm ；比較例6為70nm。另外，比較例3、4中剝離后的SOI 晶片并未施以CMP研磨工序。在SOI晶片制造中及制成后，進(jìn)行以下評價(jià)。在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序前后，用膜厚計(jì)檢測實(shí)施例3-7和比較例3-6 中的剝離后的SOI晶片的表面。然后評價(jià)硅膜的厚度和面內(nèi)膜厚差異。膜厚計(jì)的掃描范圍 是IOX 10 μ m，從而得到晶片表面內(nèi)361個(gè)點(diǎn)的平均值。另外，面內(nèi)膜厚差異被定義為“最
大膜厚_最小膜厚”。在CMP研磨工序前后，用膜厚計(jì)檢測實(shí)施例5-7和比較例5、6中的SOI晶片的表 面。然后評價(jià)硅膜的厚度和面內(nèi)膜厚差異。所述差異被定義為在晶片表面內(nèi)檢測到的361 個(gè)點(diǎn)中最大值與最小值之間的差值。表1顯示了面內(nèi)膜厚差異與蝕刻量之間的關(guān)系，評價(jià)了實(shí)施例3-5和比較例3、4 中，將剝離后的SOI晶片在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序前后硅膜的面內(nèi)膜厚差異。同時(shí)，表2顯示了差異量與研磨量之間的關(guān)系，評價(jià)了實(shí)施例5-7和比較例5、6 中，對SOI晶片進(jìn)行CMP研磨工序前后硅膜的面內(nèi)膜厚差異。此外，圖7顯示了在氨_過氧化氫水溶液中浸漬的工序前后，實(shí)施例6中的剝離后 的SOI晶片硅膜厚度變化量的對比圖。另外，圖8顯示了在浸入工序前后以及CMP研磨工序前后，實(shí)施例6中的剝離后的 SOI晶片硅膜面內(nèi)膜厚差異變化量的對比圖。[表1]
權(quán)利要求
一種制造SOI晶片的方法，所述方法至少包含以下工序?qū)⒐杈蚝醒趸さ墓杈c支撐晶片貼合以制備貼合基板的工序，所述硅晶片通過注入氫離子和/或稀有氣體離子而形成離子注入層；沿所述離子注入層進(jìn)行剝離，從而將所述硅晶片轉(zhuǎn)印至所述支撐晶片上，制成剝離后的SOI晶片的工序；將所述剝離后的SOI晶片在氨 過氧化氫水溶液中浸漬的工序；以及對所述經(jīng)過氨 過氧化氫水溶液浸漬的剝離后的SOI晶片施以900℃以上的熱處理的工序，和/或通過10 50nm的CMP研磨，對所述經(jīng)過氨 過氧化氫水溶液浸漬的剝離后的SOI晶片的硅膜層進(jìn)行研磨的工序。
2.如權(quán)利要求1所述的制造SOI晶片的方法，其中，在所述氨-過氧化氫水溶液中浸漬 的工序之后，進(jìn)行所述熱處理工序；所述在氨_過氧化氫水溶液中浸漬的工序至少包含對 所述剝離后的SOI晶片進(jìn)行20nm以上的蝕刻。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述在氨-過氧化氫水溶液中 浸漬的工序至少包含對所述剝離后的SOI晶片進(jìn)行50nm以上的蝕刻。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述氨-過氧化氫水溶 液基于體積組成比至少包括以下成分0. 05-2份的29wt%的氨水；0. 01-0. 5份的30wt% 的過氧化氫水溶液；以及10份水。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述支撐晶片至少包含 硅、藍(lán)寶石、氧化鋁、石英、SiC、氮化鋁以及玻璃中的任意材料。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述熱處理工序在氬 氣、氮?dú)夂秃庵械娜我鈿夥罩羞M(jìn)行，或在它們的混合氣氛中進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述熱處理工序在氧氣 氣氛中進(jìn)行，或在氬氣、氮?dú)饧昂庵械闹辽僖环N與氧氣的混合氣氛中進(jìn)行。
8.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的制造SOI晶片的方法，其中，所述熱處理工序在氫氣 氣氛中進(jìn)行，或在氬氣、氮?dú)饧昂庵械闹辽僖环N與氫氣的混合氣氛中進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制造SOI晶片的方法，該方法能夠有效去除存在于離子注入層中的離子注入缺陷層，所述離子注入層位于通過離子注入剝離方法剝離的剝離表面附近；確?；宓拿鎯?nèi)均一性；還能實(shí)現(xiàn)低成本和高產(chǎn)量。所述制造SOI晶片的方法至少包括以下工序?qū)⒐杈蚝醒趸さ墓杈c支撐晶片貼合以制備貼合基板的工序，所述硅晶片通過注入氫離子和/或稀有氣體離子而形成離子注入層；沿所述離子注入層進(jìn)行剝離，從而將所述硅晶片轉(zhuǎn)印至所述支撐晶片上，制成剝離后的SOI晶片的工序；將所述剝離后的SOI晶片在氨-過氧化氫水溶液中浸漬的工序；對經(jīng)過所述氨-過氧化氫水溶液浸漬的剝離后的SOI晶片施以900℃以上的熱處理的工序；和/或通過10-50nm的CMP研磨，對所述經(jīng)過氨-過氧化氫水溶液浸漬的剝離后的SOI晶片的硅膜層進(jìn)行研磨的工序。
文檔編號(hào)H01L21/02GK101978467SQ20098011019
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者久保田芳宏, 伊藤厚雄, 川合信, 田中好一, 田村博, 秋山昌次, 飛坂優(yōu)二 申請人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社